Рефераты
Конденсатор с хитрыми обкладками
У любого конденсатора есть важный параметр — предельное рабочее напряжение. Если приложить к конденсатору большее напряжение, произойдёт пробой — резкое возрастание тока. Для некоторых видов конденсаторов это необратимо: они выходят из строя. Среди конденсаторов, которые при разумном ограничении мощности источника напряжения способны пережить пробой, наиболее широко применяются металлоплёночные конденсаторы — полимерная плёнка, как правило, из полипропилена или полиэтилентерефталата толщиной 3—10 мкм, на обе поверхности которой напылён слой Al или Zn толщиной 5—40 нм. Сопротивление квадратного участка такой плёнки составляет от 5 до 20 Ом, и часто им пренебрегают. Однако для систем накопления энергии его величина важна, потому что при заряде и разряде конденсатора на сопротивлении электрода выделяется энергия из-за протекания тока (джоулевы потери). Казалось бы, можно напылить слой металла толще, и тогда сопротивление и соответственно потери уменьшатся, но при этом исчезнет способность конденсатора пережить пробой. Дело в том, что при пробое выделяется большое количество теплоты, из-за чего вокруг области пробоя тонкая плёнка металла испаряется и образуется непроводящая зона, изолирующая эту область. А на распыление более толстой плёнки энергии, выделяющейся при пробое, может не хватить.
Профессор О. А. Емельянов из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого обратил внимание на тот факт, что плотность тока в плёнке не одинакова по всей её площади. Например, она максимальна в области ввода тока в конденсатор, а в глубине конденсатора становится меньше. И делая плёнку металла несколько толще там, где ток больше, и тоньше там, где ток меньше, можно существенно уменьшить потери. Теоретический анализ нескольких выбранных для примера профилей сопротивления показал, что джоулевы потери уменьшаются в 2—3 раза.
Емельянов О. А. Джоулевы потери в металлоплёночных электродах с неоднородным распределением поверхностного сопротивления. Письма в ЖТФ, 2025, вып. 15, с. 18.